Rodzaje magazynów energii - jakie wyróżniamy?

Jaką energię można magazynować?

W odniesieniu do magazynów energii, których technologia już od lat dyskutowana jest na arenie międzynarodowej polityki energetycznej zazwyczaj mówi się o magazynach energii elektrycznej. Wynika to przede wszystkim z faktu strategicznej roli, jaką energia elektryczna pełni we wszystkich sektorach gospodarki. Chodzi tu oczywiście o zapewnienie ciągłości dostaw prądu do podmiotów instytucjonalnych, a także prywatnych. Aspekt ten dotyczy zagadnień związanych z bezpieczeństwem energetycznym w sytuacjach niestabilności infrastruktury energetycznej lub ograniczonego do niej dostępu.

Dodatkowo magazynowanie energii elektrycznej rozpatrywane jest w kontekście zwiększenia autokonsumpcji energii elektrycznej produkowanej w instalacjach wykorzystujących odnawialne źródła energii. Wszystkie te czynniki (i wiele innych) sprawiają, że definiując pojęcie “magazynu energii” najczęściej mówi się obecnie o magazynie energii elektrycznej.

Drugim rodzajem energii, której kumulowanie staje się coraz bardziej popularnym tematem rozważanym przede wszystkim przed inwestorów planujących budowę domu, jest energia cieplna. Magazyny ciepła i chłodu to oczywiście systemy, nad których konstrukcją i efektywnością od lat pracuje wielu inżynierów zainteresowanych tą technologią. Nowoczesne projekty budynków również nie pozostają na nią obojętne. W przypadku domów autonomicznych systemy zasobników termicznych, to instalacje znajdujące się zazwyczaj w standardzie planów realizacyjnych budowy. Energia cieplna jest jedną z podstawowych energii służących przetrwaniu człowieka. Uniezależnienie gospodarstwa domowego lub firmy od dostaw mediów wykorzystywanych do ogrzewania lub chłodzenia budynków, to kierunek, w którym z pewnością będzie zmierzać budownictwo mieszkaniowe i komercyjne.

Rodzaje magazynów energii elektrycznej - jakie technologie?

Polityka energetyczna Unii Europejskiej oraz działania zaplanowane w ramach transformacji energetycznej polskiej gospodarki skupiają się na rozwiązaniach wspierających popularyzację komercyjnych i domowych magazynów energii elektrycznej. W tym kontekście mówi się najczęściej o urządzeniach wykorzystujących do kumulowania energii odwracalne przemiany elektrochemiczne. Jednak nie są one oczywiście jedynym rodzajem tego typu urządzeń. Podziałów klasyfikujących magazyny energii elektrycznej jest kilka. Najszerzej stosowanym jest jednak podział opisujący rodzaje magazynów energii ze względu na zastosowaną technologię. Wyróżnia się zatem:

• • Mechaniczne magazyny energii - ten rodzaj magazynów energii elektrycznej obejmuje wspomniane już wcześniej elektrownie szczytowo-pompowe, systemy magazynujące energię w sprężonym powietrzu (CAES - ang. Compressed Air Energy Storage) oraz kinetyczne magazyny energii, których konstrukcja opiera się na kole zamachowym. Obecnie najbardziej obiecującą i jednocześnie rozpowszechnioną technologią w zakresie wielkoskalowego magazynowania energii elektrycznej są elektrownie wykorzystujące siłę grawitacyjnego zrzutu wody przy uwzględnieniu zjawiska parowania.

• • Elektrochemiczne magazyny energii - do tej kategorii zaliczają się wspomniane wcześniej akumulatory wykorzystujące do przechowywania energii zjawiska elektrochemiczne. To właśnie te rodzaje zasobników energii elektrycznej są na szeroką skalę wykorzystywane w prosumenckich akumulatorach, ale także w elektromobilności czy mobilnych magazynach energii. Wśród elektrochemicznych akumulatorów wyróżniamy zasobniki litowo-jonowe np. magazyny energii LiFePO4, które oprócz tlenku litu mogą wykorzystywać tlenki takich metali, jak mangan, nikiel, żelazo, glin, czy kadm. Wciąż bardzo popularne są także akumulatory kwasowo-ołowiowe - SLA.

• • Chemiczne magazyny energii - wśród magazynów energii, które wykorzystują w swoim działaniu technologię chemiczną wyróżnia się przede wszystkim te, które oparte są na wodorze. Zaliczają się do nich elektrolizery oraz ogniwa SNG (Syntetyczny Gaz Ziemny). Coraz większą popularność będą zdobywały także magazyny energii wykorzystujące zielony metanol.

• Elektryczne magazyny energii - kolejnym rodzajem magazynów energii są te zaliczane do grupy elektrycznych. Najczęściej wyróżnia się tu superkondensatory, ultrakondensatory, które charakteryzują się bardzo dużą pojemnością elektryczną oraz nadprzewodnikowe magnetyczne magazyny energii - SMES.

Warto w tym miejscu wspomnieć, że każda z wymienionych technologii różnicujących rodzaje magazynów energii posiada swoje ograniczenia, a także cechy, które decydują o tym, że sprawdzi się ona w konkretnych zastosowaniach lepiej niż inna. Dodatkowo magazynowanie energii elektrycznej jest tak ważnym obszarem światowej polityki energetycznej, że inżynierowie nieprzerwanie pracują nad kolejnymi technologiami, na podstawie których z pewnością będzie można tworzyć nowe klasyfikacje zasobników energii.

Magazyny energii elektrycznej - podstawowe konstrukcje

Magazyny energii elektrycznej, które wykorzystywane są najczęściej we współpracy z mikroinstalacjami prosumenckimi, a także wielkoskalowymi farmami fotowoltaicznymi to zazwyczaj akumulatory litowo-jonowe. Wśród rodzajów takich urządzeń można wyróżnić także te, których konstrukcja determinuje ich przeznaczenie i zastosowanie. W tym kontekście rynek proponuje zatem:

• • Stacjonarne, kompaktowe magazyny energii - to urządzenia składające się z określonej ilości pakietów akumulatorowych wykonanych w wybranej technologii zamkniętych w obudowie chroniącej wewnętrzne podzespoły. Urządzenia te posiadają niekiedy zintegrowane falowniki hybrydowe, a także system BMS. Design stacjonarnych magazynów energii często pozwala na ich instalację nawet w eksponowanych miejscach. W pomieszczeniach technicznych sprawdzą się także akumulatory składające się z pakietów zamkniętych w szafie typu rack. Pojemność systemu można rozbudowywać dodając kolejne moduły lub łącząc równolegle określoną liczbę urządzeń.

• • Kontenerowe magazyny energii - systemy, których pojemności mierzy się najczęściej w setkach kWh lub MWh. Pakiety akumulatorów zamknięte są w tym przypadku w mniejszych lub większych kontenerach przypominających gabarytami te spotykane na na statkach tzw. kontenerowcach. Magazyny energii tego typu często przechowują energię elektryczną pozyskiwaną przez farmy słoneczne lub wiatrowe. Ilość pakietów bateryjnych oraz nierzadko wzmożona ekspozycja kontenerowych magazynów energii na promienie słoneczne sprawia, że potrzebują one wydajnych systemów wentylacji i chłodzenia.

• Przenośne magazyny energii - rodzaj magazynów energii nazywanych często stacjami zasilania, które można wykorzystywać w podróży lub tymczasowo w miejscach pozbawionych dostępu do energii elektrycznej z infrastruktury sieciowej. Rynek mobilnych magazyny energii dynamicznie się rozwija, gdyż coraz więcej konsumentów znajduje dla nich zastosowanie również w charakterze awaryjnego źródła zasilania lub urządzenia zapewniającego dostawy energii elektrycznej w miejscach oddalonych od tradycyjnych punktów zasilania.

Czym jeszcze różnią się magazyny energii?

Rodzaje magazynów energii mogą być generowane przez wiele charakteryzujących je parametrów. Na przykład to, ile energii i jak długo jest w stanie przechować magazyn energii dzieli te urządzenia według maksymalnych oferowanych przez nie pojemności i mocy. W pierwszej grupie mogłyby się znaleźć na przykład elektrownie szczytowo-pompowe, które są w stanie przechować bardzo duże wolumeny energii, a w drugim superkondensatory, które oferują wysoką oddawaną w bardzo krótkim czasie. Z przytoczonych przykładów widać, że wybrane rodzaje magazynów energii będzie się stosować w sytuacjach generujących konkretne zapotrzebowanie na dużą moc lub pojemność.

Inny podział magazynów energii może dotyczyć czasu, w jakim są one w stanie przechowywać energię elektryczną bez znaczących strat. Tu wyróżnić można długoterminowe (np. wodorowe) i krótkoterminowe oraz średnioterminowe magazyny energii, do których zalicza się między innymi opisane wyżej magazyny elektrochemiczne. Cele transformacji energetycznej coraz wyraźniej wyznaczają dążenia do przechowywania prądu w długiej perspektywie czasu, co pozwalałoby magazynować energię pozyskaną latem do wykorzystania do pokrycia zapotrzebowania w miesiącach jesienno-zimowych.

Jaki rodzaj magazynu energii wybrać?

Mając na uwadze mnogość rynkową rodzajów magazynów energii, które dodatkowo klasyfikowane są w ramach różnych podziałów, dobór optymalnego urządzenia wydaje się jednym z najtrudniejszych etapów w procesie inwestowania w system kumulowania energii. Firmy montujące magazyny energii oferują obecnie nie tylko przeprowadzenie instalacji, ale także kompleksową obsługę w zakresie dopasowania urządzenia do zapotrzebowania energetycznego i sytuacji klienta. Zdecydowanie warto skorzystać z ich doświadczenia. Rodzaj magazynu energii powinien przede wszystkim odpowiadać trybowi, w jakim będzie użytkowany, a także indywidualnym oczekiwaniom inwestora.